JP2005118931A - ロボットハンド - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットハンドによって保持される保持対象の物体の位置や形状が変更された場合であっても、フィンガー部に作用する作動剛性を充分に保ち、物体を保持する制御精度を維持可能なロボットハンドを提供する。
【解決手段】ケーシング２から突出した状態で開閉動し、着脱可能に設けられた一対のフィンガー３ａと、ケーシング２内に往復動可能に装着されたピストン７と、ピストン７の往復動をフィンガー３ａの開閉動作に変換するリンク部材６とを備えたロボットハンド１において、前記リンク部材６に、ピストン７の往復動に伴ってフィンガー３ａの開閉方向に移動する接続部６０を設け、フィンガー３ａに接続部６０に結合可能な結合部３０を設け、さらに接続部６０に設けられた結合部３０を結合するための複数の接続位置から、結合部３０を結合する接続位置を選択することにより、フィンガー３ａがケーシング２から突出して延びる方向を可変とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、フィンガー部の開閉によって、物品の把持、移動等の操作を行なうロボットハンドに関する。

従来、この種のロボットハンドは、ロボットアームの先端に取り付けられて使用される（例えば特許文献１）。このような従来のロボットハンドの正面断面図を図６に示す。図６において、ロボットハンド５０は、ケーシング５１から前方に突出した一対のフィンガー５２，５２を備えている（例えば特許文献１）。ケーシング５１の後部には、フィンガー５２の開閉動方向に垂直に延びるシリンダ孔５３が形成されており、シリンダ孔５３の内部にはピストン５４が摺動可能に収容されている。

また、ケ−シング５１内においては、ピストン５４の先端５４ａの両側それぞれに略Ｌ字形のリンク部材５５、５５が配置されており、ピストン５４の先端５４ａに設けられたピン５４ｂと、リンク部材５５の連結部５５ｂとが連結している。さらに、リンク部材５５は接続部５５ａを備えており、フィンガー５２に設けられたピン５２ａと係合している。

フィンガー５２は、レール５６に沿って図の左右方向（矢印Ｐの方向）にのみ移動可能とされており、さらに、リンク部材５５は支点５５ｃを中心に回動可能に固定されているため、図に示す矢印Ｑの方向（図における上下方向）についてのピストン５４の往復動は、リンク部材５５によってフィンガー５２の開閉動（矢印Ｐの方向）に変換される。これによって、前記フィンガー５２は物品の把持を行うように開閉動作を行う。
特開平８−２０６９８７号公報

しかしながら、このようなロボットハンドをロボットアーム等の治具に装着して使用する際には、以下のような問題がある。すなわち、前記ロボットハンドによって保持される保持対象の物体の位置や形状が異なり、保持できなくなった場合に、（ｉ）装着しているロボットハンドを別のロボットハンドに交換するか、（ｉｉ）ロボットハンドのフィンガーを異なる形状のものと交換する必要がある。

このような場合において、上記（ｉ）のように装着しているロボットハンドを別のロボットハンドに交換した場合、治具ごとに複数種類のロボットハンドを用意する必要があり、コスト的に効率が良いとは言えない。さらに、ロボットハンドに供給するエアー供給管を、交換時に再度配管しなければならないため、作業が煩雑になるという問題がある。

そのため一般的には、上記（ｉｉ）のように、ロボットハンドのフィンガー部分のみを交換することが行われている。しかしながら、この場合には、フィンガー部分の基端部から、物体を保持する先端部の作業点が大きく離れることがある。例えば、交換するフィンガー部分をＬ字形のものとした場合、フィンガー部分の基端部の取り付けや動作の精度が、先端部で大きく拡大されたり、Ｌ字形の形状によるねじれ力の発生が生じるため、フィンガー部に充分な作動剛性が得られない。従って、前記フィンガー部で物体を保持するための制御精度が低下するという問題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、ケーシングから突出した状態で開閉動し、着脱可能に設けられた一対のフィンガーと、ケーシング内に往復動可能に装着されたピストンと、該ピストンの往復動を前記フィンガーの開閉動作に変換するリンク部材とを備えたロボットハンドにおいて、
前記リンク部材は、前記ピストンの往復動に伴って前記フィンガーの開閉方向に移動する接続部を備え、前記フィンガーは、前記接続部に結合可能な結合部を備え、前記接続部は、前記結合部を結合するための複数の接続位置を備えており、前記結合部を結合する接続位置を選択することにより、前記フィンガーが前記ケーシングから突出して延びる方向を可変としたことを特徴とするロボットハンドを提供する。（発明１）
発明１に係るロボットハンドは、前記フィンガーの開閉動作が、前記ピストンの往復動に対して略垂直に設定されており、前記接続部は、前記フィンガーが前記ピストンの往復動に沿う方向に延びるように前記結合部と結合する第一の接続位置と、前記フィンガーが前記ピストンの往復動に略垂直に延びるように前記結合部と結合する第二の接続位置とを備えているものとすることができる。（発明２）
また、発明２に係るロボットハンドにおいて、前記リンク部材は、ピストンの往復動に伴って回動し、前記接続部のフィンガーの開閉方向への動作を生じる一対のレバーを備え、前記フィンガーの結合部は、相互に略垂直をなすピンを備え、前記リンク部材の接続部は、前記ピンを選択的に係合可能な係合溝を第一および第二の接続位置として備えているものとすることができる。（発明３）
また、発明２に係るロボットハンドにおいて、ピストンの往復動に伴って回動し、前記接続部のフィンガーの開閉方向への動作を生じる一対のレバーを備え、
前記リンク部材の接続部は、相互に略垂直をなすピンを第一および第二の接続位置として備えていてもよい。（発明４）

発明１のような構成のロボットハンドによれば、前記リンク部材の接続部に設けられた複数の接続位置から、前記フィンガーの結合部を結合する位置を選択することで、フィンガーの突出する方向を変更して装着することができる。これによって、フィンガーをＬ字形に形成した場合等に生じる、フィンガー部における作動剛性の低下が防止でき、フィンガーによる精密な物体の保持が可能になる。

また、発明２によれば、前記接続部が備える複数の接続位置が、ピストンの往復動に沿う方向に延びるように前記結合部と結合するような第一の接続位置と、前記ピストンの往復動に対して略垂直に延びるように前記結合部と結合するような第二の接続位置とを備えさせているため、前記フィンガーを装着させる位置を容易に決定できる。したがって、従来のロボットハンドにおいて、フィンガーの物体を保持可能な位置の側方に保持対象の物体があった場合に、フィンガーの接続する位置を変更することで、前記物体を適切に保持することができる。ここで、「接続位置」とは前記接続部の所定の場所に設けられ、前記結合部を接続部に対して結合可能とするような形状または機構を指すものとする。

また、発明３または４によれば、前記リンク部材に設けられた接続部と、前記フィンガーに備えられた結合部とを、相互に略垂直をなすピン形状と、これに係合する係合溝とによって接続する構成としているため、前記フィンガーのロボットハンドへの脱着が容易であり、装着時の位置決めも簡単に行うことができる。

以下、本発明に係る実施形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明をする。なお、説明に用いる図面においては、同一又は同種の部分に同じ番号を付して説明を省略することがある。

図１は、本発明に係るロボットハンド１を表す平面図であり、図２は図１に示すロボットハンド１の内部構造を詳細に示すための平面断面図である。なお、これらの図においては、紙面の上方向を「前」、紙面に垂直な方向であって手前方向を「上」、奥行方向を「下」と呼ぶものとする。

ロボットハンド１のケーシング２の前部には、レール４を介してブロック３が設けられている。レール４は、ケーシング２の裏側からボルト等の固定具８によって、対向するように固定配置されている。ブロック３は、前方に突出したフィンガー３ａを備えており、ベアリング部３ｂを介してレール４に図の左右方向（矢印Ｐ方向）についてのみ摺動自在に挟持されている。

さらに、ケーシング２の上面および下面にも、レール４を固定する固定具を挿入可能な挿入孔（図示省略）が備えられており、レール４をケース２の前面から取り外し、前記上面または下面に取り付け可能となっている。図１に示すように、レール４が取り付けられていないケース２の上面および下面には、止め具９を用いてキャップ５が着脱自在に取り付けられている。キャップ５は、ブロック３の後端部を貫通させ、フィンガー３ａの開閉動を許容するための孔Ｈを外気と遮断するように塞いでいる。また、ブロック３はその後端部において結合部３０を備えており、結合部３０はリンク部材６の先端の接続部６０に対して結合される。

ケーシング２の後部には、フィンガー３ａの開閉動方向に対して垂直に延びるシリンダ孔１０が形成されており、該孔１０にピストン７が図の上下方向（矢印Ｑの方向）に摺動可能に収容されている。

リンク部材６は、連結部６１を介してピストン７の先端７０に備えられたピン７１と連結する。また、リンク部材６は支点６２を中心として回転可能に固定されている。このような構造によって、ピストン７が前後方向（矢印Ｑの方向）に摺動する動きに対応して、リンク部材６の先端の接続部６０はフィンガー３ａの開閉方向（矢印Ｐの方向）に連動する。

また、接続部６０に設けられた、第１の接続位置としての係合溝６０ａと、ブロック３の結合部３０に設けられた第一のピン３１とが係合し、リンク部材６の上下方向（矢印Ｑの方向）の動きを、フィンガー３ａの開閉方向（矢印Ｐの方向）に変換する。なお、ピン３１は、紙面に垂直な方向に延びる円柱形状を有しており、係合溝６０ａ上で回転可能に受け入れられている。

図２に示す状態において、給排ポート１１、１２を通じて流入又は流出する圧力流体（図示例では圧縮空気）によってシリンダー孔１０内をピストン７が往復運動すると、リンク部材６が支点６２を中心として揺動する。その結果、リンク部材６の係合溝６０ａ上をピン３１が滑り、一対のフィンガー３ａ，３ａがベアリング部３ｂに案内され接近又は離反する方向に並進摺動する。

図３は、図１に示すロボットハンド１の、図２に示す線分Ｉ−Ｉについての断面を矢印Ｘの方向から見た側面図である。ブロック３の結合部３０に設けられた第一のピン３１は、リンク部材６の係合溝６０ａと係合しているが、同じく結合部３０に設けられた第二のピン３２は、リンク部材６に設けられた空隙部６３内に収納されている。第二のピン３２は、図３に示す状態ではフィンガー３ａの開閉動に何ら影響を及ぼさない。なお、第二のピン３２は、図３において係合溝６０ａと係合している第一のピン３１と同様の円柱形状であり、第一のピン３１と直交するように延びている。

次に、図１〜３において、ケーシング２の前部に設けられていたブロック３及びレール４を取り外し、ケーシング２の上部（または下部）に装着した状態のロボットハンド１であって、前述の線分Ｉ−Ｉについての断面を矢印Ｘの方向から見た側面図を図４に示す。図４において、リンク部材６の係合溝６０ａは、ブロック３の結合部３０に設けられた第二のピン３２を受け入れて係合している。第二のピン３２は、第一のピン３１と直交するように設けられているため、図４に示すように、ブロック３をケース２の上面（または下面）から取り付けた場合、第二のピン３２がリンク部材６の係合溝６０ａに受け入れられる。この状態で、ピストン７が前後方向に摺動すると、第二のピン３２は係合溝６０ａ上を滑り、ピストン７の往復運動がリンク部材６に伝わることによって、フィンガー３ａ，３ａが接近又は離反する方向に並進摺動する。なお、ブロック３およびレール４を取り外されたケーシング２の前面には、キャップ５が取り付けられ、孔（図示しない）を塞いでいる。

このように、保持する物体の位置に応じてフィンガー３ａを取り付ける位置を適宜選択することで、フィンガーの剛性を低下させることなく、物体を精度よく保持することが可能となる。

次に、ブロック３の第一のピン３１および第二のピン３２、リンク部材６の係合溝６０ａの具体的形状の一例を図５に詳細に示す。図５は、ブロック３の結合部３０およびリンク部材６の係合溝６０ａ、およびピストン７とリンク部材６との連結部を分解するように示した斜視図である。

ブロック３の後端の結合部３０には、互いに直交する第一のピン３１および第二のピン３２が固定されている。本実施形態では、第二のピン３２はブロック３のリンク部材６に対する取り付け方向（矢印Ｓの方向）と同方向に延びるように設けられており、第一のピン３１は、第二のピン３２と同一平面上において直交するように設けられている。第一のピン３１および第二のピン３２は、各々円形断面を有する円柱状の形状を有しており、リンク部材６の接続部６０に設けられた係合溝６０ａ上を摩擦なく滑る。

一方、リンク部材６の接続部６０は、第一のピン３１および第二のピン３２を選択的に受け入れ可能にするために、図５に示すように、４本の角柱１６ａ〜１６ｄを備えている。角柱１６ａと１６ｂ間、および角柱１６ｃと１６ｄとの間は、それぞれ断面Ｕ字形となる係合部２１、２２を形成しており、前記係合部２１および２２の組み合わせが第一のピン３１および第二のピン３２を受け入れる係合溝６０ａとして作用する。

なお、角柱１６ａおよび１６ｄ間、角柱１６ｂおよび１６ｃ間の溝部２３、２４は、ブロック３及びレール４を前面から装着する場合（図３に示す場合）に、ブロック３の結合部３０および第二のピン３２を受け入れるための空隙部６３として作用する。第二のピン３２は、係合部２１，２２よりもさらに下方奥部に進入するため、リンク部材６の角柱１６ａ〜１６ｄに囲まれた中央の空間については、図３に示すように、第二のピン３２を収容可能な程度に充分な深さが必要である。

本発明に係るロボットハンドを構成するための構造は、上述の実施形態に限られるものではない。例えば、ブロック３に設けられた第一のピン３１および第二のピン３２は、一体的に構成されていてもよい。さらに、１本の軸体をヒンジ等の手段で９０度回転可能に構成することによって、第一の軸体および第二の軸体の作用を持たせるようにすることも可能である。また、ブロック３に設ける軸体を単一とし、リンク部材６の軸受け部を複数設け、ブロック３を取り付ける位置を選択可能としてもよい。

また、ブロック３の結合部３０、リンク部材６の接続部６０の形状は、このような組み合わせに限るものではない。例えば、リンク部材６の接続部６０が、互いに直交する円柱状のピンの形状であって、ブロック３の結合部が前記ピンに係合可能な溝部を有していてもよい。

本発明に係るロボットハンド１を表す平面図である。 図１に示すロボットハンド１の平面断面図である。 図１に示すロボットハンド１の側面図である。 図１に示すロボットハンド１のフィンガー３ａを上面から取り付けた場合の側面図である。 図１に示すロボットハンド１の、フィンガー３ａ、リンク部材６およびピストン７の構造を示す分解斜視図である。 従来のロボットハンドを示す平面断面図である。

符号の説明

１ ロボットハンド
２ ケーシング
３ ブロック
３ａ フィンガー
３ｂ ベアリング部
３０ 結合部
３１ 第一のピン
３２ 第二のピン
４ レール
５ キャップ
６ リンク手段
６０ 接続部
６０ａ 係合溝
６１ 連結部
７ ピストン
８ 固定具
９ 止め具

Claims (4)

1. ケーシングから突出した状態で開閉動し、着脱可能に設けられた一対のフィンガーと、ケーシング内に往復動可能に装着されたピストンと、該ピストンの往復動を前記フィンガーの開閉動作に変換するリンク部材とを備えたロボットハンドにおいて、
   前記リンク部材は、前記ピストンの往復動に伴って前記フィンガーの開閉方向に移動する接続部を備え、
   前記フィンガーは、前記接続部に結合可能な結合部を備え、
   前記接続部は、前記結合部を結合するための複数の接続位置を備えており、前記結合部を結合する接続位置を選択することにより、前記フィンガーが前記ケーシングから突出して延びる方向を可変としたことを特徴とするロボットハンド。
2. 前記フィンガーの開閉動作が、前記ピストンの往復動に対して略垂直に設定されており、前記接続部は、
   前記フィンガーが前記ピストンの往復動に沿う方向に延びるように前記結合部と結合する第一の接続位置と、
   前記フィンガーが前記ピストンの往復動に略垂直に延びるように前記結合部と結合する第二の接続位置と
   を備えていることを特徴とする請求項１に記載のロボットハンド。
3. 前記リンク部材は、ピストンの往復動に伴って回動し、前記接続部のフィンガーの開閉方向への動作を生じる一対のレバーを備え、
   前記フィンガーの結合部は、相互に略垂直をなすピンを備え、
   前記リンク部材の接続部は、前記ピンを選択的に係合可能な係合溝を第一および第二の接続位置として備えていることを特徴とする請求項２に記載のロボットハンド。
4. 前記リンク部材は、ピストンの往復動に伴って回動し、前記接続部のフィンガーの開閉方向への動作を生じる一対のレバーを備え、
   前記リンク部材の接続部は、相互に略垂直をなすピンを第一および第二の接続位置として備え、
   前記フィンガーの結合部は、前記ピンを選択的に係合可能な係合溝を備えていることを特徴とする請求項２に記載のロボットハンド。

Images